Hydraulika distribuční sítě teplé vody
Obecný popis problému
Pavilon interních oborů je zdravotnické zařízení, které v sobě integruje celou řadu provozů, od vyšetřoven, specializovaných oddělení až po lůžkovou část. Charakter těchto zdravotnických provozů vyžaduje velmi komfortní dodávku teplé vody (PWH). Kromě toho přistupují vysoké hygienické požadavky, mj. zamezení kolonizace distribučního systému legionelou.
Jedná se o komplikovaný provozní komplex, kde provozní a funkční hledisko předurčuje dispozici jednotlivých objektů a dále jednotlivých podlaží. Toto všechno ovlivňuje strukturu distribučního systému. Nelze proto, jako třeba u bytových objektů, umístit místnosti s potřebou PWH v jednotlivých podlažích nad sebou a propojit je jednou stoupačkou. V takovémto komplexu vzniká tedy složitý rozvod PWH, ve kterém jsou stoupačky vč. cirkulačního potrubí i několikanásobně větveny.
Obecný požadavek, aby byla PWH o patřičné teplotě prakticky ihned k dispozici, použití bezdotykových míchacích baterií ještě více zdůrazňuje. Aby se toho dosáhlo, je zavedena cirkulace, která má zajistit, aby celý systém distribuce byl trvale prohřát, a to i bez odběru teplé vody. Je proto na konci rozvodu PWH napojeno tzv. cirkulační potrubí, které tvoří se zdrojem výroby teplé vody uzavřenou smyčku. Bez odběru PWH má tato smyčka zajistit takový průtok cirkulující teplé vody, aby na konci rozvodu (nebo v rozvodu celém) nepoklesla teplota teplé vody pod stanovenou požadovanou hodnotu. Při větveném rozvodu je nutné splnit tuto podmínku také pro všechny odbočné, cirkulací vybavené větve.
Potřebná výše cirkulačního průtoku je dána velikostí tepelných ztrát a požadovanou koncovou teplotou PWH, zatímco skutečný cirkulační průtok je dán hydraulickým odporem a počáteční tlakovou diferencí příslušné smyčky. Je proto nutné provést nastavení hydraulických odporů tak, aby bylo dosaženo cirkulačních průtoků odpovídajících požadovaným teplotám na koncích rozvodu teplé vody. To je možno provést částečně volbou dimenzí cirkulačního potrubí a osazením vhodných škrtících armatur. Pro hydraulické vyregulování cirkulace teplé vody jsou vyráběny speciální armatury, které automaticky řídí průtok cirkulace podle teploty cirkulující vody v této armatuře (KEMPER, TA THERM, DANFOSS, VORTEX atd.). Dále je možno použít i vyvažovací armatury a různá regulační šroubení. Volba způsobu hydraulického vyvážení je záležitost technickoekonomická a závisí hlavně na struktuře rozvodu a možnosti kontroly nejen správné funkce cirkulace teplé vody, ale i hydraulických podmínek pro správnou funkci armatur, t.j. nutných tlakových spádů.
Jen při správně fungující cirkulaci je zajištěno:
- minimální spotřeba teplé vody - snížen objem odtáčené teplé vody než je dosaženo její potřebné teploty
- maximální omezení míst, kde teplota teplé vody poklesne na hodnoty, vhodné k množení legionely
- že při dezinfekci potrubí budou všechny úseky dostatečně desinfekčním prostředkem zasaženy. To platí i pro ev. termickou desinfekci.
Popis hydraulického vyregulování PWH-C v Pavilonu interních oborů
Pavilon interních oborů je tvořen čtyřmi bloky. Rozvod PWH a PWH-C je tvořen pěti větvemi, po jedné pro bloky i1, i3, i4 a dvě pro i2. Tyto větve jsou přímo napojeny na rozdělovač PWH a sběrač PWH-C ve výměníkové stanici. Na rozdělovači byla osazena rezervní hrdla pro připojení dalšího objektu.
Pro hydraulické vyregulování PWH-C byla zvažována vhodná technologie - t.j. použití automatických termostatických armatur, nebo klasickou techniku vyvažovacích armatur.
Jak již bylo uvedeno, struktura rozvodu PWH a PWH-C je vlivem dispozičního řešení objektů značně složitá a jsou na většině stoupaček cirkulovány různě dlouhé cirkulační smyčky. Automatické termostatické cirkulační armatury by musely být osazeny do všech těchto smyček. Jednalo by se o značně vysoký náklad a navíc by se pro rozměrnější armatury vzhledem ke stísněným prostorům mnohdy obtížně hledalo vhodné umístění.
Bylo zvoleno řešení s využitím vyvažovacích armatur TA STAD, TBV a regulačních šroubení COMAP typ 2429.
Byl zvolen následující způsob:
Na krátké odbočky osadit regulační šroubení a pro skupinu těchto krátkých smyček osadit vždy společný vyvažovací ventil, na kterém je možnost měřit průtok a teplotu media.
Na patách stoupaček jsou osazeny vyvažovací ventily.
Na přívodech do sběrače PWH-C jsou osazeny vyvažovací ventily STAD.
Dimenze a přednastavení vyvažovacích armatur a regulačních šroubení bylo provedeno výpočtem.
Výpočet cirkulačních průtoků a přednastavení jak vyvažovacích armatur, tak regulačních šroubení byl proveden na základě výpočtu tepelných ztrát potrubí teplé vody a tlakových ztrát cirkulačních smyček iterací na stejnou teplotu PWH na koncích všech větví a cirkulovaných odboček. Výpočet byl proveden pro teplotní spád na potrubí teplé vody (při jejím nulovém odběru) 3K (t.j. 60/57°C)
Výpočet byl proveden v době, kdy již probíhala realizace. Proto bylo nutno navržené dimenze cirkulačního potrubí respektovat bez možnosti dimenze změnit.
Vypočtené cirkulační průtoky pro jednotlivé větve a navržené vyvažovací ventily jsou uvedeny v následující tabulce:
| průtok [l.s-1] | ||
|---|---|---|
| větev | vyv. ventil | navržený |
| 2b | STAD 32 | 0,305 |
| 2a | STAD 32 | 0,581 |
| i1 | STAD 32 | 0,465 |
| i3 | STAD 25 | 0,262 |
| i4 | STAD 32 | 0,496 |
| celkem: l.s-1 | 2,109 | |
| m3.h-1 | 7,59 | |
Na rozvodu bylo osazeno:
| Vyvažovací ventil STAD | 9ks |
| Vyvažovací ventil TBV | 84ks |
| regulační šroubení | 63ks |
| celkem: | 156ks |
Po montáži rozvodu teplé vody bylo provedeno nastavení všech armatur na vypočtené hodnoty přednastavení. Dále bylo provedeno nastavení průtoku cirkulace jednotlivých větví vyvažovacími armaturami pomocí přístroje CBI firmy TOUR ANDERSSON.
Při prvním měření cirkulačních průtoků se nepodařilo dosáhnout uvedených průtoků a bylo nutno přistoupit k úpravě výměníkové stanice. Po těchto úpravách bylo dosaženo potřebných průtoků jednotlivých větví. Následně byla provedena kontrola teplot na vyvažovacích armaturách. Naměřené teploty se pohybovaly v rozmezí 1K, jen v jednom případě činila odchylka 3K. Kde byla zjištěna odchylka teploty, bylo provedeno změření průtoku a nastaven průtok přepočtený na požadovanou teplotu.
Pro potřebu provozovatele bylo vypracováno dispoziční schéma umístění regulačních prvků a jejich nastavení.
Zhodnocení použitého způsobu hydraulického vyregulování PWH-C
Použitý způsob využívá možnosti dokonalé kontroly hydraulických poměrů v rozvodné síti PWH a PWH-C. Výchozí nastavení na vypočtené hodnoty po montáži dává jistotu, že je dosaženo rozdělení cirkulačního průtoku v celém systému přibližně odpovídajícímu požadovanému. Pokud se nedosáhne celkového potřebného průtoku, je rozdělen dosažený průtok ve všech větvích ve stejném poměru na základě pravidla proporcionality. Tím je možné zajistit uspokojivý chod celého systému s tím, že dojde k většímu poklesu teploty teplé vody než je výpočtový. Tento pokles je však přibližně stejný v celém systému. Nevýhodou je pevné nastavení regulačních prvků, takže se zvětšení hydraulického odporu např. zanesením potrubí projeví sníženou teplotou PWH. Možnost přímého měření hydraulických poměrů umožní přesnou lokalizaci problému.
V případě použití termostatických automatů je zajištěna správná funkce jen tehdy, když nastavení teploty cirkulace na všech armaturách odpovídá hydraulickým možnostem systému. Pokud nelze dosáhnout potřebný celkový průtok cirkulace, potom reguluje na nastavenou teplotu pouze několik ventilů od zdroje teplé vody. Ostatní jsou otevřeny a průtok je nedostatečný až nulový. Je nutno změnit nastavení všech ventilů a to měnit tak dlouho až je dosaženo uspokojivého výsledku. Může se stát, že teplota teplé vody nevyhovuje a následuje posílení cirkulačních čerpadel a další nastavování dosažitelných požadovaných teplot na ventilech. Výhodou je jejich reakce na změnu hydraulických odporů potrubí.
Při uvádění do provozu, kdy vznikly potíže se zajištěním potřebného celkového průtoku cirkulace teplé vody se projevila právě výše popsaná vlastnost poměrného rozdělení cirkulačního průtoku jako značná výhoda zvoleného způsobu hydraulického vyregulování PWH-C.